JP2009296255A - Ｆｄｍａ通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Zadoff-Chu系列の生成信号の離散フーリエ変換を効率的に行なうＦＤＭＡ通信装置を提供。
【解決手段】系列数Ｎ_ＺＣ（素数）、系列番号ｕ、サイクリックシフト量ｖ、サイクリックシフト番号Ｎ_ＣＳ、データ番号ｎで表されるZadoff-Chu系列生成信号

を生成する生成部１１と、生成部が生成したZadoff-Chu系列生成信号の値

ＤＦＴデータ番号ｋの値に対応する実数部の値と虚数部の値を格納したテーブルを予め用意し、テーブルの値を用いて、Zadoff-Chu系列の離散フーリエ変換の結果Ｘ（ｋ），（０≦ｋ≦Ｎ_ＺＣ−１）を送信時の搬送波として出力するＤＦＴ部１５をもつＦＤＭＡ通信装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、Zadoff-Chu系列を用いたＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）通信装置に関する。

最近、携帯型無線端末装置や基地局装置の通信方法として、ＣＡＺＡＣ（カザック）系列の一例であるZadoff-Chu系列を用いる携帯型無線端末装置等が知られている。

特許文献１は、Zadoff-Chu系列を生成し、通信装置の制御部においてパイロット信号として使用する技術を開示している。
特開２００７−２４６３９６号公報

しかし、特許文献１に記載された従来技術においては、次世代移動通信方式の３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）−ＬＴＥ（Long Term Evolution）に適応すべく、Zadoff-Chu系列の生成信号を離散フーリエ変換の結果であるＤＦＴデータに変換して利用する場合、どのように効率的に変換するかが記載されていないという問題がある。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、Zadoff-Chu系列のＤＦＴデータを効率的に生成するＦＤＭＡ通信装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための一実施形態は、
系列数Ｎ_ＺＣ（素数）、系列番号ｕ、サイクリックシフト量ｖ、サイクリックシフト番号Ｎ_ＣＳ、データ番号ｎで表されるZadoff-Chu系列生成信号

を生成する生成部と、
前記生成部が生成した前記Zadoff-Chu系列生成信号の離散フーリエ変換の結果であるＤＦＴデータＸ（ｋ），（０≦ｋ≦Ｎ_ＺＣ−１）を取得するべく、変数ｐで表される前記Zadoff-Chu系列生成信号の値

の実数部の値と虚数部の値を記憶したテーブルＴｂｌ（ｒ）を有し、ＤＦＴデータ番号ｋ、変数ｒ＝（ｕｎ’（ｎ’＋１）＋２ｎｋ）ｍｏｄ２Ｎ_ＺＣとして前記テーブルＴｂｌ（ｒ）を参照することで前記Zadoff-Chu系列のＤＦＴデータＸ（ｋ）を送信信号として出力するＤＦＴ部と、
を具備することを特徴とするＦＤＭＡ通信装置である。

Zadoff-Chu系列生成信号の値の実数部の値と虚数部の値をテーブルＴｂｌ（ｒ）として予め用意し、変数ｒ＝（ｕｎ’（ｎ’＋１）＋２ｎｋ）ｍｏｄ２Ｎ_ＺＣとしてテーブルＴｂｌ（ｒ）を参照することでZadoff-Chu系列のＤＦＴデータＸ（ｋ）（０≦ｋ≦Ｎ_ＺＣ−１）を送信時の搬送波として取得する。また、Zadoff-Chu系列の離散フーリエ変換によるＤＦＴデータＸ（ｋ）の対称性を利用して、半分の演算処理により同等の結果を得る。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＦＤＭＡ通信装置の構成の一例を示すブロック図である。ＦＤＭＡ通信装置１は、一例として、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）−ＬＴＥ（Long Term Evolution）に適応した携帯電話等の移動無線通信端末のＳＣ（Single Carrior）−ＦＤＭＡ通信装置である。ＦＤＭＡ通信装置１は、Zadoff-Chu系列信号を生成するZadoff-Chu系列生成部１１と、音声信号等の送信データを生成する送信データ生成部１２と、この送信データを符号化する符号化部１３と、符号化データを変調して後段に供給する変調部１４を有する。さらにＦＤＭＡ通信装置１は、Zadoff-Chu系列生成部１１からの生成信号を後述する方法で離散フーリエ変換処理するＤＦＴ部（Discrete Fourier Transform）１５と、この出力を逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform）するＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１６と、逆高速フーリエ変換した信号にサイクリックプレフィックス（Cyclic Prefix）を挿入するサイクリックプレフィックス挿入部１７と、サイクリックプレフィックス挿入部１７の出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａコンバータ１８を有している。

次に、本発明の一実施形態であるＦＤＭＡ通信装置の、３ＧＰＰ−ＬＴＥ規格に適応した逆高速フーリエ変換処理をフローチャートを用いて詳細に説明する。

（基本処理）
はじめに、図１に示すＦＤＭＡ通信装置１の基本動作を、逆高速フーリエ変換処理の基本処理を示す図２のフローチャートを用いて説明する。なお、以下の図２乃至図４のフローチャートの各ステップは、回路ブロックに置き換えることができ、従って、各フローチャートのステップは、全て回路ブロックに定義しなおすことが可能である。
次世代移動通信方式の３ＧＰＰ−ＬＴＥで用いられるＳＣ−ＦＤＭＡ通信装置１において、送信データ生成部１２では、音声信号等の送信データを生成する。次に、符号化部１３は、この送信データを符号化する。変調部１４は、この符号化データを変調してＤＦＴ部１５に供給する。

一方、Zadoff-Chu系列生成部１１において、所望の系列数Ｎ_ＺＣ（素数）、系列番号ｕ、サイクリックシフト量ｖ、サイクリックシフト番号Ｎ_ＣＳがそれぞれ与えられる（Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３）。これら系列数Ｎ_ＺＣ（素数）、系列番号ｕ、サイクリックシフト量ｖ、サイクリックシフト番号Ｎ_ＣＳで表されるZadoff-Chu系列生成信号がZadoff-Chu系列生成部１１において生成される。
次に、このZadoff-Chu系列生成信号の値を算出するために、データ番号ｎ’＝（ｎ＋ｖＮ_ＣＳ）ｍｏｄＮ_ＺＣの値を算出する。算出したこの値を用いて、

を算出する（Ｓ１４）。

次に、ＤＦＴ部１５において、このようなZadoff-Chu系列生成信号に離散フーリエ変換を行なうべく、ＤＦＴデータ番号ｋ、データ番号ｎにおいて、ＤＦＴデータＸ（ｋ）は、次式に従って値が算出される（Ｓ１５）。

ここでＤＦＴ部１５では、データ番号ｎ＝０からｎ＝Ｎ_ＺＣ−１について、乗算した

の値を合計して得られたＤＦＴデータを、ＩＦＦＴ部１６に供給する。

ＩＦＦＴ部１６では、ＤＦＴデータを周波数上に所望のマッピングを施しその後ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）を行う。サイクリックプレフィックス挿入部１７では、この逆高速フーリエ変換した信号にサイクリックプレフィックスを挿入する。そして、Ｄ／Ａコンバータ１８は、この信号をＤ／Ａ変換してアンテナ部に出力する。
なお、ＤＦＴ部１５で行なわれる演算処理は、乗算、加算処理がＮ^２回必要となり、Ｎの値が大きくなるにつれて、計算量が爆発的に増大するため、処理時間が負担となる。Ｎが２のべき乗などの場合はＤＦＴについてＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を適用することにより処理量を小さくすることができるが、Zadoff-Chu系列ではＮが素数であり、ＦＦＴを適用することができない。

（テーブルを用いた離散フーリエ変換）
次に、ＤＦＴ部１５において、予め用意したＤＦＴデータであるテーブルの値を用いることで、乗算を使用せず加算のみで離散フーリエ変換を行なう場合を、図３のフローチャートを用いて説明する。
図３のフローチャートのステップＳ１１乃至Ｓ１３は、図２のステップＳ１１乃至Ｓ１３と同等である。ＦＤＭＡ通信装置１におけるＤＦＴ部１５は、

但し、ｎ’＝（ｎ＋ｖＮ_ＣＳ）ｍｏｄＮ_ＺＣ（０≦ｎ≦Ｎ_ＺＣ−１）
の値を算出するために、図３のステップＳ２１の演算を行なう。また、

の実数部、虚数部の０≦ｐ≦２Ｎ_ＺＣ−１の範囲の値をテーブルとして予め用意しておく。そして、ＤＦＴ部１５は、０≦ｎ≦Ｎ_ＺＣ−１の範囲で、ｒ＝（ｕｎ’（ｎ’＋１）＋２ｎｋ）ｍｏｄ２Ｎ_ＺＣとして、Ｔｂｌ（ｒ）のテーブルを参照し、次式のＤＦＴデータＸ（ｋ）（０≦ｎ≦Ｎ_ＺＣ−１）を求める（Ｓ２２）。
なお、ここで、ＤＦＴデータ番号ｋ、データ番号ｎにおいて、ＤＦＴデータＸ（ｋ）は、次式で表される。

テーブルに格納されているデータを読み出してこれを用いるため、乗算処理は行なう必要が無く、この結果、ＤＦＴ部１５における演算時間を短縮することができる。

（対称性を用いたＤＦＴ）
次に、ＦＤＭＡ通信装置１のZadoff-Chu系列ｘ_ｕ，ｖ（ｎ）の離散フーリエ変換の結果であるＤＦＴデータＸ（ｋ）の対称性を利用することで、演算処理を短縮する実施形態について、図４のフローチャートを用いて説明する。なお、ＤＦＴデータＸ（ｋ）の対称性を用いる処理と、上述したテーブルを用いる処理とは、それぞれ単独に行なうこともできるし同時に行なうことも可能である。

すなわち、ＦＤＭＡ通信装置１におけるＤＦＴ部１５において出力されるＤＦＴデータＸ（ｋ）は、
系列番号ｕが偶数の場合は、

を中心に演算結果が同一となり、
系列番号ｕが奇数の場合は、

を中心に演算結果が同一となることが分かっている。
従って、Ｎ_ＺＣ個の全てのＤＦＴデータＸ（ｋ）を演算して求める必要はなく、ＤＦＴデータＸ（ｋ）の半分である（Ｎ_ＺＣ）／２個の演算結果が得られると、残りの半分については、既知の演算結果を利用することができる。

すなわち、図４のフローチャートのステップＳ１１乃至Ｓ１４は、図２のステップＳ１１乃至Ｓ１４と同等である。ＦＤＭＡ通信装置１におけるＤＦＴ部１５は、図４のステップＳ１４の演算を行なうに当たり、

を算出するＤＦＴデータ番号ｋの範囲を求めると、
系列番号ｕが偶数の場合は、変数ｌを用いて

系列番号ｕが奇数の場合は、変数ｌを用いて

となる（Ｓ３１）。

なお、ここで、範囲が定められた変数ｌを用いて、
系列番号ｕが偶数の場合に、ＤＦＴデータＸ（ｋ）の演算結果が

となり、
系列番号ｕが奇数の場合は、変数ｌを用いて

となる（Ｓ３２）。

従って、この関係を利用することで、全てのＤＦＴデータＸ（ｋ）（０≦ｎ≦Ｎ_ＺＣ−１）を計算で求めるのではなく、左辺のＤＦＴデータＸ（ｋ）を求めたら、右辺のＤＦＴデータＸ（ｋ）は既に求めた左辺のＤＦＴデータＸ（ｋ）の計算結果を利用することにより、半分の計算処理により、必要な全てのＤＦＴデータＸ（ｋ）を求めることができる。この結果、演算処理の負担を半分に減らすことができる。

つぎに、このZadoff-Chu系列ｘ_ｕ，ｖ（ｎ）のＤＦＴデータＸ（ｋ）の対称性につき、詳細を以下に考察する。

すなわち、

系列番号ｕが偶数として、変数ｌを用いて

の場合を考える。

ここで、ＤＦＴデータＸ（ｋ_＋）は、変数ｌを用いて

となり、ｕは偶数であるため、ＤＦＴデータＸ（ｋ₋）は、変数ｌを用いて

が成り立つ。従って、

同様に、

言えるので、Ｘ（ｋ_＋）＝Ｘ（ｋ₋）が成り立つ。

従って、系列番号ｕが偶数の場合、ＤＦＴデータＸ（ｋ）は、

を中心に対称的な値をとる。

同様に、ｕが奇数の場合、ＤＦＴデータＸ（ｋ）は、

を中心に対称的な値をとることがわかる。

・対応する請求項案の例
以下に、上述した対称性を用いたＤＦＴの実施形態に対応する請求項案の例を挙げる。

１）ＦＤＭＡ通信装置であって、
系列番号ｕが偶数の場合は、

系列番号ｕが奇数の場合は、

Zadoff-Chu系列ｘ_ｕ，ｖ（ｎ），（０≦ｎ≦Ｎ_ＺＣ−１）のＤＦＴデータＸ（ｋ），（０≦ｋ≦Ｎ_ＺＣ−１）を乗算を使用せず、加算のみで算出することを特徴とするＦＤＭＡ通信装置。

２）ＦＤＭＡ通信装置であって、
Zadoff-Chu系列ｘ_ｕ，ｖ（ｎ），（０≦ｎ≦Ｎ_ＺＣ−１）のＤＦＴデータＸ（ｋ），（０≦ｋ≦Ｎ_ＺＣ−１）について、
系列番号ｕが偶数の場合に、ＤＦＴデータの演算結果が

となり、
系列番号ｕが奇数の場合は、

となる関係を利用して、左辺のＤＦＴデータＸ（ｋ）を求めたら、右辺のＤＦＴデータＸ（ｋ）は既に求めた左辺のＤＦＴデータＸ（ｋ）の計算結果を利用することを特徴とするＦＤＭＡ通信装置である。

上述した本発明に係る実施形態によれば、次世代移動通信方式の３ＧＰＰ−ＬＴＥで用いられるZadoff-Chu系列を用いるＳＣ−ＦＤＭＡ装置について、従来技術ではＤＦＴの演算で乗算、加算回数がそれぞれＮ^２回必要であったのに対し、乗算が必要なく、加算回数を従来の半分程度で済ますことができ、ＳＣ−ＦＤＭＡ通信装置について回路規模を小さくすることが可能となる。

以上記載した様々な実施形態により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係るＦＤＭＡ通信装置の構成の一例を示すブロック図。 本発明の特徴が示されていないＦＤＭＡ通信装置の変換処理の一例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係るＦＤＭＡ通信装置のテーブルを用いた変換処理の一例を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係るＦＤＭＡ通信装置の離散フーリエ変換のＸ（ｋ）の対称性を用いた変換処理の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１…ＦＤＭＡ通信装置、１１…Zadoff-Chu系列生成部、１２…送信データ生成部、１３…符号化部、１４…変調部、１５…ＤＦＴ部、１６…ＩＦＦＴ部、１７…サイクリックプレフィックス挿入部、１８…Ｄ／Ａコンバータ。

Claims (1)

1. 系列数Ｎ_ＺＣ（素数）、系列番号ｕ、サイクリックシフト量ｖ、サイクリックシフト番号Ｎ_ＣＳ、データ番号ｎで表されるZadoff-Chu系列生成信号
   

   

   を生成する生成部と、
   前記生成部が生成した前記Zadoff-Chu系列生成信号の離散フーリエ変換の結果であるＤＦＴデータＸ（ｋ），（０≦ｋ≦Ｎ_ＺＣ−１）を取得するべく、変数ｐで表される前記Zadoff-Chu系列生成信号の値
   

   

   の実数部の値と虚数部の値を記憶したテーブルＴｂｌ（ｒ）を有し、ＤＦＴデータ番号ｋ、変数ｒ＝（ｕｎ’（ｎ’＋１）＋２ｎｋ）ｍｏｄ２Ｎ_ＺＣとして前記テーブルＴｂｌ（ｒ）を参照することで前記Zadoff-Chu系列のＤＦＴデータＸ（ｋ）を送信信号として出力するＤＦＴ部と、
   を具備することを特徴とするＦＤＭＡ通信装置。

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